隨著人類航天事業(yè)的進(jìn)步,太空中許多任務(wù)會(huì)需要非合作目標(biāo)的抓捕技術(shù)。例如對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行燃料補(bǔ)充,對(duì)未入軌衛(wèi)星的輔助入軌,廢棄衛(wèi)星和空間碎片捕捉銷毀等。實(shí)施在軌捕獲的前提是要首先使目標(biāo)停止旋轉(zhuǎn),因此安全可靠的減旋技術(shù)非常關(guān)鍵。當(dāng)空間目標(biāo)旋轉(zhuǎn)的速度過(guò)快時(shí),直接應(yīng)用接觸式減旋機(jī)構(gòu)來(lái)捕捉碎片會(huì)發(fā)生碰撞,可能會(huì)導(dǎo)致減旋機(jī)構(gòu)的損壞。與傳統(tǒng)的機(jī)械接觸式減旋技術(shù)相比,無(wú)接觸式減旋技術(shù)具有可靠性高、無(wú)摩擦和磨損、易于控制等特點(diǎn)�；谔窄h(huán)境的特殊性,并結(jié)合空間金屬體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),本文提出一種近距離無(wú)接觸式的減旋機(jī)構(gòu),并對(duì)其工作機(jī)理、運(yùn)行特性以及結(jié)構(gòu)對(duì)比分析進(jìn)行探索,并結(jié)合了集膚效應(yīng)與渦流損耗的分析,得到最佳的減旋機(jī)構(gòu)參數(shù)與結(jié)構(gòu)。本文首先探究了減旋機(jī)構(gòu)的工作原理并對(duì)電磁線圈的基本結(jié)構(gòu)做出選擇,通過(guò)有限元仿真對(duì)比的方法確定了減旋機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu);基于已確定的電磁線圈模型構(gòu)造激勵(lì)磁場(chǎng)與渦流力矩的數(shù)學(xué)模型,并結(jié)合集膚效應(yīng)的影響使渦流力矩的數(shù)學(xué)模型精確化。探究了減旋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響,主要是減旋機(jī)構(gòu)中電磁線圈的半徑、安匝數(shù)、減旋機(jī)構(gòu)與目標(biāo)碎片的作用距離對(duì)減旋效果的影響;通過(guò)解析法的方法確定減旋機(jī)構(gòu)的最佳參數(shù),并通過(guò)有限元仿... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

柔性減速刷減旋仿真圖[11]

學(xué)建模，包括對(duì)單元?jiǎng)幽�、單元�?nèi)能的數(shù)學(xué)建模和對(duì)動(dòng)力學(xué)方程與碰撞動(dòng)力學(xué)的歸納。經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)建模和歸納后可將減速刷與目標(biāo)的碰撞看作是繩索與體之間的碰撞，并等效為非線性彈簧阻尼模型。彈性力的方向與碰撞體相互嵌入的方向相反，且始終是壓力，非線性阻尼力的方向與碰撞體相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的方向相反[11]，從而達(dá)到減旋的效果。對(duì)模型空間動(dòng)力學(xué)建模后進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，探究了減速刷長(zhǎng)度、減速刷傾斜角、長(zhǎng)度與傾斜角混合對(duì)減旋效果的影響，得出了減速刷的最佳長(zhǎng)度與減速刷最佳傾斜角等一系列重要結(jié)論，減速刷傾斜角的示意圖如圖1-2所示。這些結(jié)論為后續(xù)減速刷減旋的探究提供了重要的理論與仿真基矗圖1-2減速傾斜角實(shí)際效果[11]減速刷減旋具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但是其使用范圍較小，不適用于復(fù)雜轉(zhuǎn)動(dòng)或者快速轉(zhuǎn)動(dòng)的目標(biāo)體，易損壞減速刷。對(duì)于減速刷的最佳值在0.25m，減旋裝置的機(jī)械臂與目標(biāo)體較近，容易因特殊情況發(fā)生碰撞，需要進(jìn)一步完善其工作原理與實(shí)際設(shè)計(jì)方案。（2）繩網(wǎng)捕獲減旋哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉昊等提出了關(guān)于繩網(wǎng)捕獲的減旋辦法[12]。課題是對(duì)空間繩網(wǎng)捕獲目標(biāo)后的碰撞做了分析，完成對(duì)繩網(wǎng)捕獲方案動(dòng)力學(xué)的建模與分析，給出了具體的減旋機(jī)構(gòu)與目標(biāo)碎片的參數(shù)并仿真，解決了繩網(wǎng)系統(tǒng)捕獲目標(biāo)后減旋難題。繩網(wǎng)捕獲減旋結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-3所示，大致過(guò)程如下：當(dāng)確定待捕捉目標(biāo)時(shí)，繩網(wǎng)捕獲減旋機(jī)構(gòu)會(huì)將繩網(wǎng)展開(kāi)，并使捕獲目標(biāo)陷入繩網(wǎng)中，最后通過(guò)收口裝置實(shí)現(xiàn)收口完成捕獲。在仿真前進(jìn)行了理論分析，首先提出了動(dòng)力學(xué)的建模與分析，包括繩索動(dòng)力學(xué)、充氣梁彎曲等效分析、碰撞動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)建模；其次是對(duì)目標(biāo)體的考量，目標(biāo)的大小必須在繩網(wǎng)可捕獲的范圍內(nèi)，需要計(jì)算出捕獲目標(biāo)的包絡(luò)參數(shù)，以保證繩網(wǎng)可以順利收口。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-實(shí)驗(yàn)[17]。如圖1-4所示。圖1-4減旋機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[17]西北工業(yè)大學(xué)周鳳岐針對(duì)由于機(jī)械手與目標(biāo)的碰撞而使得目標(biāo)位置相對(duì)于機(jī)械手發(fā)生改變的情況做了一些研究[18]。圖1-5捕獲區(qū)域的包絡(luò)[18]圖1-6捕獲區(qū)域在XOZ面的投影[18]


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